微生物有助於在腸道中產生血清素

儘管眾所周知，血清素是一種大腦神經傳導物質，但據估計，人體 90% 的血清素是在消化道中產生的。 事實上，這種週邊血清素水平的改變與腸躁症、心血管疾病和骨質疏鬆症等疾病有關。 加州理工學院的新研究發表在 4 月 9 日的期刊上細胞，顯示腸道中的某些細菌對於週邊血清素的產生很重要。

「越來越多的研究表明，腸道微生物發生變化的小鼠或其他模型生物表現出行為改變，」生物學和生物工程研究助理教授、該研究的資深作者 Elaine Hsiao 解釋道。 “我們對微生物如何與神經系統溝通感興趣。首先，我們探索了正常腸道微生物可能影響宿主神經遞質水平的想法。”

週邊血清素由腸嗜鉻 (EC) 細胞以及特定類型的免疫細胞和神經元在消化道中產生。 Hsiao 和她的同事首先想知道腸道微生物是否對腸道中血清素的產生有影響，如果有的話，是對哪些類型的細胞有影響。 他們首先測量正常群體小鼠的周邊血清素水平腸道細菌以及缺乏這些常駐微生物的無菌小鼠。

研究人員發現，無菌小鼠的 EC 細胞產生的血清素比傳統細菌菌落的同類小鼠少約 60%。 當這些無菌小鼠被正常腸道微生物重新定殖時，血清素水平會回升，這表明血清素的缺乏是可以逆轉的。

「EC 細胞是腸道中血清素的豐富來源。我們在這個實驗中看到的是，它們似乎依賴微生物來產生血清素，或至少是其中的很大一部分，」該論文的第一作者Jessica Yano 說。

接下來，研究人員想要了解棲息在腸道的多種微生物中的特定細菌種類是否與 EC 細胞相互作用以產生血清素。

在測試了幾種不同的單一物種和已知腸道微生物群後，Yano、Hsiao 及其同事觀察到，一種條件——一組大約20 種孢子形成細菌的存在——會提高無菌小鼠體內的血清素濃度。 與無菌小鼠相比，接受該組治療的小鼠的胃腸蠕動也有所增加，並且血小板的活化也發生了變化，眾所周知，血小板可以利用血清素來促進凝血。

為了深入了解微生物與宿主之間這種有趣的合作可能涉及的機制，研究人員開始尋找可能關鍵的分子。 他們確定了幾種特殊的代謝物（微生物代謝的產物），這些代謝物受到孢子形成細菌的調節，並提高了培養物中 EC 細胞的血清素水平。 此外，在無菌小鼠中增加這些代謝物會增加其血清素水平。

先前該領域的研究表明，一些細菌可以自行產生血清素。 然而，這項新研究表明，人體的大部分血清素依賴與宿主相互作用產生血清素的特定細菌，矢野說。 「我們的工作表明，腸道中通常存在的微生物會刺激宿主腸道細胞產生血清素，」她解釋道。

Sarkis K. Mazmanian、Luis B. 和Nelly 說：「雖然微生物組與免疫和代謝系統之間的聯繫已廣為人知，但對腸道微生物在塑造神經系統中的作用的研究是生物科學中令人興奮的前沿領域。 「這項工作優雅地擴展了加州理工學院先前在這個新興領域的開創性研究」。

另一位合著者、埃塞爾·威爾遜·鮑爾斯(Ethel Wilson Bowles) 和羅伯特·鮑爾斯(Robert Bowles) 化學與化學工程教授Rustem Ismagilov 補充道：「這項工作說明了宿主與其微生物群落之間化學相互作用的豐富性，以及蕭博士領導這項研究的科學廣度和敏銳度。

血清素對人類健康的許多方面都很重要，但蕭警告說，在將這些發現轉化為臨床之前，還需要進行更多的研究。

「我們發現了一組細菌，除了增加血清素之外，可能還具有其他尚未探索的作用，」她說。 “此外，在某些情況下，外周血清素過多似乎是有害的。”

儘管這項研究僅限於腸道中的血清素，但 Hsiao 和她的團隊現在正在研究這種機制如何對發育中的大腦也很重要。 「血清素是一種重要的神經傳導物質和激素，參與多種生物過程。研究結果腸道微生物調製血清素水平提出了利用它們來推動生物學變化的有趣前景，」Hsiao 說。